Изградете четириканалния SSM2019 фантомно задвижван микрофон предусилвател: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Както може би сте забелязали от някои от другите ми инструктажи, имам страст към аудиото. Аз също съм DIY човек, който се връща назад. Когато имах нужда от още четири канала с микрофонни предусилватели, за да разширя USB аудио интерфейса си, знаех, че това е проект „направи си сам“.

Преди няколко години си купих USB аудио интерфейс Focusrite. Той има четири микрофонни предусилвателя и четириредови входове на ниво, заедно с някои цифрови входове. Това е страхотен хардуер и отговаря на моите нужди. Това беше, докато не построих куп микрофони. Затова се заех да разреша това несъответствие. Така се роди четириканалният предусилвател на SSM2019!

Имах няколко дизайнерски цели за този проект.

Би било възможно най -просто и използвайте минимум компоненти

Той би имал фантомно захранване, което да ми позволи да използвам всички микрофони на Pimped Alice, които съм построил

Той ще има вход с висок импеданс (Hi-Z) на всеки канал за пиезо преобразуватели, мой бъдещ проект. Това би било лесно добавяне, ако корпусът и захранването вече са част от основния проект

Той ще има професионални аудио характеристики: чист, ниско изкривяване и нисък шум. Също толкова добър или по -добър от съществуващите предусилватели в моя интерфейс Focusrite

Стъпка 1: Дизайнът

Започнах да изучавам това, което вече беше там. Много съм запознат с аналоговия дизайн и бях хвърлил око на SSM2019, като преди това бях използвал по -възрастния си братовчед, вече остарелия SSM2017. SSM2019 се предлага в 8 -пинов DIP пакет, което означава, че може лесно да се хване за хляб. Попаднах на фантастична информация за дизайна на микрофонния предусилвател от That Corp. (Вижте справочния раздел) За съжаление, всички техни специфични чипове за предусилвател са малки пакети за повърхностно монтиране. И спецификациите са само незначително по -добри от SSM2019. Аз ги аплодирам за тяхното споделяне на знания и информация за дизайна. Спецификациите на SSM2019 са фантастични и като повечето аудио операционни усилватели в наши дни, ще надхвърлят останалата част от веригата на сигналите за изпълнение. Използвах два етапа с фиксирана печалба с потенциометър, позволяващ регулиране на сигнала между тях. Това поддържа дизайна прост и елиминира необходимостта от предизвикателни намиране на части; като антилогични потенциометри и многоконтактни превключватели с уникални стойности на резистора. Той също така поддържа THD + шум доста под 0,01%

По време на процеса на проектиране имах прозрение за фантомното захранване. Повечето хора смятат 48 волта за „стандарт“. Това се връща назад и беше важно, когато напрежението на фантомното захранване беше използвано за отклонение на капсулата за кондензаторни микрофони. В момента повечето кондензаторни микрофони използват фантомно захранване, за да направят стабилен източник на по -ниско напрежение. Те използват стабилизиращо устройство за генериране на 6-12VDC. Това напрежение се използва за управление на вътрешната електроника и за генериране на по -високо напрежение за поляризация на капсулата. Това всъщност е най -добрият начин да направите това. Получавате хубаво стабилно напрежение на капсулата, което може да бъде по -високо от 48V, ако е необходимо. Спецификациите за фантомно захранване за микрофони извикват 48V, 24V и 12V. Всеки използва различни стойности на свързващите резистори. 48V използва 6.81K, 24V с 1.2K и 12V използва 680 Ohm. По същество е необходимо фантомно захранване, за да се получи определено количество мощност към микрофона. Моето прозрение беше следното: Напрежението трябва да бъде достатъчно високо, за да може да работи вътрешният 12V ценер. Ако използвах наличните в моя проект +15V и съответната стойност на свързващия резистор, тя трябва да работи добре. Това решава два други проблема. Първо, не се нуждаете от отделно захранване само за фантомно захранване. Второ и по -важно за моя дизайн е простотата. Като поддържаме напрежението на фантомното захранване на или по -малко от захранващото напрежение за SSM2019, ние премахваме много допълнителни схеми, които са необходими за защита. Момчетата от That Corp представиха два доклада в AES, озаглавени „The Phantom Menace“и „The 48V Phantom Menace Returns“. Те специално се справят с предизвикателствата да имаш 47-100uF кондензатор, зареден до 48V във верига. Съкращаването на този случайно може да причини много проблеми. Енергията, съхранявана в кондензатора, е функция на напрежението на квадрат, така че просто като преминем от 48V на 15V, намаляваме запазената енергия с коефициент 10. Ние също така предотвратяваме напрежение над захранващото напрежение на всеки от входните щифтове на сигнала на SSM2019. Прочетете ръководството за проектиране на този корпус за примери за това, което е необходимо, за да направите куршум на предусилвателя.

За да бъда прозрачен, започнах този проект, мислейки, че ще използвам 24VDC фантомно захранване, а след това в процеса на отстраняване на неизправности в захранването, ми хрумна идеята да използвам вече наличните +15. Първоначално поставих захранването вътре в корпуса на предусилвателя. Това предизвика множество проблеми с бръмчене и бръмчене. В крайна сметка получих по -голямата част от захранването във външен корпус само с регулаторите на напрежението в кутията. Крайният резултат е много тих предусилвател, който е на ниво, ако не и по -добър от вътрешните в моя интерфейс Focusrite. Дизайн цел #4 постигната!

Нека да разгледаме веригата и да видим какво се случва. Блокът SSM2019 в синия правоъгълник е основната верига. Двата 820 ома резистора се свързват във фантомното захранване от светлозелената зона, където превключвателят прилага +15 към 47uF кондензатора чрез резистор от 47 ома. И двата резистора от 820 ома са от страната „+“на 47uF свързващи кондензатори, които подават сигнал от микрофона. От другата страна на свързващите кондензатори има два 2.2K резистора, които свързват другата страна на кондензаторите към земята и поддържат входовете към SSM2019 при постоянен ток на земята. Информационният лист показва 10K, но споменава, че те трябва да бъдат възможно най -ниски, за да се сведе до минимум шумът. Избрах 2.2K, за да бъде по -нисък, но не влияе значително на входния импеданс на цялата верига. Резисторът 330 Ohm настройва усилването на SSM2019 на +30db. Избрах тази стойност, тъй като осигурява минималната печалба, от която бих се нуждал. При това усилване и +/- 15V захранващи релси отрязването не трябва да представлява проблем. Кондензаторът 200pf през входните щифтове е за EMI/RF защита за SSM2019. Това е точно от информационния лист за RF защита. Към XLR жака има и два 470pf кондензатора за RF защита. От страната на входния сигнал имаме превключвател DPDT, който действа като превключвател за избор на фаза. Исках да мога да използвам пиезо контакт пикап на китара (или други акустични инструменти), като едновременно използвам микрофон. Това позволява фазово обръщане на микрофона, ако е необходимо. Ако не беше това, щях да го премахна, тъй като повечето програми за запис ви позволяват да обърнете фазовия пост запис. Изходът на SSM2019 отива към 10K потенциометър за регулиране на нивото към следващия етап.

Сега към страната на високия импеданс. В червения правоъгълник имаме класически неинвертиращ буфер, базиран на една секция от OPA2134 двооперен усилвател. Това е любимият ми усилвател за аудио. Много нисък шум и изкривяване. Подобно на SSM2019, той няма да бъде най -слабото звено в сигналната верига..01uF кондензаторът свързва сигнала от входния жак ¼”. Резисторът 1M осигурява заземяване. Интересното е, че шумът на 1M резистора може да се чуе чрез завъртане на нивото на високия Z вход докрай нагоре. Когато обаче е свързан пиезо пикап, капацитетът на пиезо пикапа образува RC филтър с 1M резистора. Това сваля шума (и не е лошо на първо място.) От изхода на операционния усилвател отиваме до 10K потенциометър за окончателно регулиране на нивото.

Последната част на веригата е крайният усилвател за сумиране на етапа на печалба, построен около втората секция на операционния усилвател OPA2134. Вижте зеления правоъгълник в илюстрациите. Това е инвертиращ етап с усилване, зададено от съотношението на 22K резистора и 2.2K резистора (и), което ни дава печалба от 10 или +20dB. Кондензаторът 47pf в 22K резистора е за стабилност и RF защита. 10K потенциометрите са линейни. Което означава, че когато чистачката се движи в обхвата на въртене, съпротивлението от началната точка варира линейно с промяна в въртенето. В средата получавате 5K към двата края. Чуваме обаче различно. Чуваме логаритмично. Ето защо децибели (dB) се използват за измерване на нивата на звука. Използвайки 10K линеен потенциометър, захранващ 2.2K резистор, постигаме промяна в нивото, което звучи много по -естествено. Операционният усилвател поддържа инвертиращия вход на виртуална земя. За AC сигнали, резисторът 2.2K е свързан към виртуалната маса. Половината точка на въртене е около -12dB затихване, като последната осма ротация е само 1.2db разлика. Това се чувства много по -гладко от много други предусилватели, където потът променя усилването на предусилвателя. Работи по-добре от предусилвателите, които имат потенциометър за регулиране на усилването. Обикновено последният бит на увеличение причинява бърз удар в крайната печалба и малко забележим шум. Focusrite реагира по този начин. Моят не. Сигналът се свързва от операционния усилвател чрез резистор от 47 ома. Това предпазва операционния усилвател и го поддържа стабилен при шофиране с дълъг кабел, ако трябва да го направите. Едно последно нещо за двата IC чипа. И двете са устройства с висока честотна лента с висока печалба. Те трябва да имат добро захранване с байпас с.1uF кондензатори, монтирани близо до захранващите щифтове. Това предотвратява появата на странни неща и ги поддържа приятни и стабилни.

За да обобщим всичко, има два етапа с фиксирана печалба, 30dB и 20dB за обща печалба от 50dB. Регулирането на нивото се извършва чрез промяна на нивото на сигнала между двата етапа на усилване. Наличен е и вход с висок импеданс на всеки канал, който е идеален за пиезо пикапи и други инструменти (китара и бас), които се нуждаят от малко регулиране на нивото преди записа. Всички с много ниски изкривявания и шум. Фантомното захранване е 15VDC, което трябва да работи с повечето съвременни кондензаторни микрофони. Едно забележително изключение е Neumann U87 Ai. Този микрофон е моята гордост и радост. Вътрешно има 33V Zener за междинно захранване. За мен това не е толкова проблем, колкото моят Focusrite има 48V фантомно захранване. Всички останали работят добре.

Захранването:

Захранването е класически дизайн от старо училище. Той използва централен трансформатор, мостов токоизправител и два големи филтърни кондензатора. Трансформаторът е с 24VAC централно подслушване. Това означава, че можем да заземим централния кран и да получим 12VAC от всеки крак. Изчакайте- не използваме ли +/- 15VDC? Как работи това? Случват се две неща: Първо 12VAC е RMS стойност. За синусоидална вълна пиковото напрежение е 1.4X по -високо (технически квадратен корен от два), така че дава пик от 17 волта. Второ, трансформаторът е предназначен да захранва 12VAC при пълно натоварване. Което означава, че при леко натоварване (и тази верига не използва много енергия) имаме още по -високо напрежение. Всичко това води до около 18VDC, достъпни за токоизправителите. Използваме линейни регулатори на напрежение 7815 и 7915 и аз избрах такива от National Japan Radio, които са с пластмасова обвивка. Това означава, че не се нуждаете от изолатор между регулатора и корпуса, когато ги монтирате. Първоначално вградих захранването вътре в корпуса на микрофонния предусилвател. Това не се получи твърде добре, тъй като имах малко бръмчене и бръмчене, всичко свързано с това колко близо е трансформаторът ми до вътрешното окабеляване на микрофона. В крайна сметка поставих трансформатора, токоизправителя и големите филтърни капачки в отделна кутия. Използвах XLR конектор с 4 терминала, който имах в контейнера за части, за да вкарам нерегулирания DC в основния корпус, където регулаторите са монтирани близо до основната платка. Както бе споменато по -рано, първоначално щях да използвам 24VDC за фантомно захранване и в крайна сметка не направих това, като по този начин опростих схемата си и се отървах от 24V регулатора (и трансформатора с по -високо напрежение!)

Стъпка 2: Конструкция: Делото

Случаят:

Ако все още не сте забелязали, моята схема на боядисване и етикетиране са доста фънки. Детето ми правеше училищен проект и разполагахме с трите цвята спрей боя, така че по прищявка използвах и трите. Тогава ми хрумна идеята просто да нарисувам етикета ръчно с жълт емайл и малка четка. Почти единственият в света, който изглежда така! Взех си калъфа от Tanner Electronics в Далас, магазин за излишъци. Намерих го онлайн в Mouser и на други места. Това е Hammond P/N 1456PL3. Може да искате да го маркирате и нарисувате по различен начин, това зависи от вас!

Стъпка 3: Конструкция: Печатна платка

PC платка:

Изградих веригата върху прототипна макет. Първо изграждане на един канал, за да се гарантира, че дизайнът работи както се очаква. След това изгради останалите три канала. Вижте снимки 1 и 2 за оформлението. Моите OPA2134 са от Burr Brown, придобит от TI през 2000 г. Купих 100 от тях през деня и все още имам няколко. Обърнете внимание на байпасните капачки.1uF, всички монтирани от долната страна на платката. Те са важни за стабилността на IC чиповете.

Стъпка 4: Конструкция: Жакове и контроли на предния панел:

Жакове и елементи за управление на предния панел:

В зависимост от избора на вашия случай оформлението ви може да варира. Използвах жакове за монтаж на панел Switchcraft ¼”, които ще свържат предния панел със земята. За да сведете до минимум заземяващите контури, свържете заземяването на XLR жака (Pin-1) с възможно най-късата дължина към предния панел. За моето оформление ги свързах към заземяващия проводник на входните жакове „Hi Z“. Предварително свързах превключвателите за обръщане на фазата чрез кръстосано свързване на двете външни връзки на превключвателя Double Pole Double Throw (DPDT). Тогава входът на микрофона от XLR ще отиде към централните проводници и една от външните връзки към платката. По този начин при смяна на позицията на превключвателя фазата се обръща. Преди да монтирате XLR жаковете, запойте двата 470pf кондензатора за RF/EMI екраниране. Това го прави много по -лесно по -късно! Монтирайте потенциометрите на предния панел. Използвах малка рязка или друг маркер, за да маркирам неща от вътрешния панел, за да помогна с връзките по -късно. И да ми напомните коя скоба на потенциометрите трябва да бъде свързана към земята. След това свържете всички заземяващи връзки за саксиите заедно, като използвате общ неизолиран гол кабел. По -късно тази връзка ще премине към общата точка на заземяване.

Стъпка 5: Конструкция: Вътрешно окабеляване

Вътрешни връзки:

За кабелите за сигнала на микрофона, аз усуках 22 -те проводника заедно и свързах входните XLR жакове към превключвателите за избор на фаза. Свързването им заедно свежда до минимум всякакви бездомни EMI и RF. На теория вътрешно в металния корпус не трябва да имаме, тъй като всичко в този проект е чиста аналогова схема. Все още не се притеснявайте за фазата. Бъдете последователни в начина на свързване на всички канали. Ще разберем при тестване коя позиция на превключвателя ще бъде „нормална“и коя е обратна.

За останалата част от аудио кабелите използвах екраниран с един проводник и свързах щита към земята само в единия край. Това предпазва нашите сигнали и предпазва от заземяване. Имах ролка от 26-калибров екраниран проводник тип „Е“, който отдавна получих в излишък от Skycraft в Орландо. Има доставчици, които го продават онлайн или можете да използвате различен екраниран единичен проводник. За всяка връзка подготвих дължина от нея с щита, изложен на единия край, а другия само на централния проводник. Сложих малко термосвиване върху щита на несвързания край, за да го изолирам. Вижте снимките. Работете методично и свързвайте едно по едно. След това завързвам опаковани всяка група от четири проводника заедно, за да поддържам нещата възможно най -спретнати.

Стъпка 6: Конструкция: Захранване

Захранване:

Изградих снабдяването си в по -малка кутия за проекти. Има ЕДНО нещо, което трябва да направите, за да направите този безопасен и да отговаря на кода. Трябва да имате предпазител на първичното съединение на трансформатора. Използвах вграден държач за предпазител с предпазител от ¼ усилвател. Това ще избухне, ако трансформаторът използва повече от 25W, което не би трябвало. Всичко това използва най -много 2W с четири свързани микрофона.

Регулатори на напрежение:

Подгответе регулаторите на напрежението преди монтажа към панела, като запоите двата филтърни кондензатора, 10uF за входа и.1uF на изхода. Към тях също прикачих входни проводници, за да предотвратя объркване по -късно. Запомнете: 7815 и 7915 са свързани по различен начин. Вижте информационните листове за номериране и свързване на щифтове. След като всичко е монтирано, е време да направите всички вътрешни връзки.

Захранване и заземяване:

Използвах цветно кодиран проводник, за да свържа DC захранващите кабели към платката. Всички земни връзки се връщат към една точка на свързване в случая на проекта. Това е типична схема за заземяване „Star“. Защото вече бях изградил захранването вътрешно. Все още имах два големи филтърни кондензатора вътре в кутията. Запазих ги и ги използвах за входящото DC захранване. Вече имах превключвател за захранване в кутията (DPDT) и използвах това за превключване на +/- нерегулираното DC захранване към регулаторите. Свързах директно заземяващия проводник.

След като всички връзки са завършени, направете почивка и се върнете по -късно, за да проверите всичко! Това е най -критичната стъпка.

Препоръчвам ви да проверите захранването и да се уверите, че полярностите са правилни и имате +15VDC и -15VDC от регулаторите, преди да ги свържете към платката. Монтирах два светодиода на панела си, за да покажа, че има захранване. Не е нужно да правите това, но е хубаво допълнение. Ще ви е необходим резистор за ограничаване на тока последователно с всеки светодиод. 680 ома до 1K ще работят добре.

Стъпка 7: Конструкция: Пач кабели

Пач кабели:

Тази част може да бъде отделна инструкция. За да направите това използваемо, трябва да свържете всичките четири канала към линейните входове на интерфейса Focusrite. Планирам да ги разполагам един до друг, така че имах нужда от четири къси кабела. Намерих страхотен едножилен кабел, който беше здрав и не скъп в Redco. Те също имат добри ¼”щепсели. Кабелът има външен меден оплетен щит и проводящ пластмасов вътрешен щит. Това трябва да бъде премахнато, когато се правят патч кабели. Вижте последователността на снимките за моя метод за сглобяване на кабел. Обичам да взема щита и да го обвивам около заземяващата връзка на ¼”жака, след което да го запоя. Това прави кабела доста здрав. Въпреки че винаги трябва да изключвате свързващия кабел, като държите конектора, понякога се случват инциденти. Този метод помага.

Стъпка 8: Тестване и използване

Тестване и употреба:

Първото нещо, което трябва да направим, е да определим полярността на фазовите превключватели. За да направите това, ще ви трябват два еднакви микрофона. Предполагам, че имате или няма да имате нужда от четириканален предусилвател! Свържете единия към входа за микрофон за предусилвател на Focusrite, а другия към канала на един от четирите канала за микрофон. Преместете и двете до центъра. Дръжте микрофоните близо един до друг и говорете пеене или бръмчене, докато премествате устата си покрай двата микрофона. Слушалките наистина помагат с тази част. Не трябва да чувате нула или потапяне в изхода, ако микрофоните са във фаза един с друг. Превключете фазата на микрофона и повторете. Ако те са извън фаза, ще чуете нула или спад в нивото. Трябва да можете да кажете много бързо коя позиция е във фаза и извън фаза.

Забелязах, че с нивото пот около половината път получавам номинална печалба за микрофоните си и това съответства приблизително там, където обикновено задавам копчето за усилване на предусилвателя Focusrite на около 1-2 часа. Интересното е, че спецификациите на Focusrite са до 50dB печалба. Когато го завъртя докрай (без свързан микрофон), чувам леко съскане. Той е малко по -силен от моя предусилвател, базиран на SSM2019. Нямам на разположение сложно тестово оборудване. Имам обаче много опит както в студиото, така и на живо на живо и този предусилвател е топ изпълнител.

За входовете Hi-Z, запоявах Piezo Disc към 1/4 жак и проверих дали всичко работи и диапазонът на усилване е правилен. Планирам в близко бъдеще да тествам това на акустична китара.

Вълнувам се, че разполагам с цели осем канала за микрофонни входове за запис. Имам няколко MS микрофона и 8 от микрофоните си Pimped Alice. Това ще ми позволи да експериментирам с различни разположения на микрофон едновременно. Той също така отваря вратата за проект, който отдавна искам да опитам - микрофон Ambisonic. Една с четири вътрешни капсули, предназначени за улавяне на съраунд звук и многопосочен звук.

Очаквайте още няколко инструкции за микрофон!

Стъпка 9: Препратки

Това е богата информация за аналогово аудио, дизайн на предусилвател на микрофон и подходящо заземяване за аудио вериги.

Препратки:

Информационен лист SSM2019

Информационен лист OPA2134

Уикипедия Phantom Power

Тази корпорация „Фантомна заплаха“

Аналоговите тайни на Corp майка ти никога не ти е казвала

Че Corp Повече аналогови тайни майка ти никога не ти е казвала

Този Corp Designing Microphone предусилватели

Аудиозаземяване на Whitlock, Whitlock

Rane „бележка 151“: Заземяване и екраниране